Comment fonctionne ce schéma? Convertisseur DC/DC

[MosfetLor1]

Bonjour tout le monde,

Par curiosité, j'ai démonté un petit convertisseur de signaux analogiques industriel en panne, et je me suis intéressé à la partie alimentation.
Il s'agit d'une alimentation avec une entrée 24V DC (alim exigée de 19V à 30V), qui permet de faire une isolement à l'aide d'un petit transfo pour alimenter le reste du convertisseur.

J'ai fais le relevé du schéma, pas facile à faire donc il se peut qu'il y'ait quelques erreurs... Tout est en CMS.

==> Pouvez-vous m'aider à comprendre le fonctionnement de cette alimentation ? J'ai l'impression d'y voir un oscillateur autour du 4047, un montage régulateur LDO autour d'un TL431, mais toute la partie avec les mosfets, les capas et la "boucle" avec le 4047 sur la sortie "Q" me perturbent.

nt.

Merci à vous !
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T'es sur de ton truc avec Vss qui flotte?

[MosfetLor1]

Effectivement, j'ai oublié de mettre VSS au croisement de C12, C7 D2 et la source de Q6. Je pense que quand Q6 est fermé, "Vss" est connecté au 0V.

[Piefra]

Bjr,

Difficile lire ce schema

Dans les generalitees , si il y a transfo , pont de hachage , et tl431 on a le pont sur le primaire et le 431 sur le secondaire qui gere une tension de feedback vers le hacheur du primaire

Dans le schema je vois de part et d'autre du primaire du tranfo , un demi pont en H et un diviseur capacitif sense faire la boucle
Prevu en general pour faire du ac carre dans le primaire

Cdlt

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

je pense qu'il y a une erreur dans la reproduction du schéma autour de VR1 : les pin REF et cathodes sont inversées.

Dans ce cas, on peut redessiner et simplifier (pour n'en garder que l'essense) le schéma somme sur la partie gauche de cette PJ :


Il y a effectivement la partie du haut :
- qui constitue un classique convertisseur half-bridge alimenté par Vcc
- C2/R4 et C1/R12 constituent des translateurs de niveau qui permettent de commander Q1 en -6,6/6,6 V et Q2 en 6,6/19,8V, ce qui permet de diminuer la cross-conduction
- C6 et C7 découplent le Vcc tout en créant un point milieu assurant qu'aucune composante continue n'est appliquée au transformateur

La partie du bas constitue un buck utilisant la 431 comme feedback. On peut distinguer deux cas :
- la tension de sortie est telle que le potentiel sur la pin REF du 431 est inféireure à 2,5 V, auquel cas le potentiel sur la cathode du 431 est au niveau haut (tiré au +24V par R10), ce qiu bloque le NMOSFET Q8. L2, Q7 t D2 constituent alors un buck diviser de tension par deux. -- schéma équivalent en bas à droite de ma PJ.
- la tension de sortie est telle que le potentiel sur la pin REF du 431 dépasse 2,5 V, auquel cas le potentiel sur la cathode du 431 est au niveau bas, et la boucle de feedback agit aors comme un régulateur linéaire utilisant M3 comme principal élément de bypass -- schéma équivalent en haut à droite de ma PJ.

[MosfetLor1]

Bonjour Antoane,

je pense qu'il y a une erreur dans la reproduction du schéma autour de VR1 : les pin REF et cathodes sont inversées.

Effectivement, j'ai pris une "mauvaise" doc en regardant le brochage du TL431. Le mien est en SOT-23. Les pins Ref et K sont bien inversées.

Donc si j'ai bien compris le truc, la "cross-conduction" c'est quand les 2 mosfets conduisent un bref instant en même temps et font un CC entre VCC et VSS. Je me souviens que quand le pont est piloté par un µC, on y met un temps mort entre la conduction des 2 mosfets.

C6 et C7 sont calculés en fonction de la fréquence de fonctionnement ? Ici mesurée à 90KHz.

L'oscillateur du Buck est géréné par le 4047, mais qu'est ce qui alimente le 4047 au début ?

Quel est le rôle de Q6 ?

Sais-tu si dans LT Spice le 4047 est dispo?

Merci

[Janpolanton]

Bonjour,
Le CD4047 est dispo sur groups.io

[MosfetLor1]

Je l'ai trouvé autre part car je n'est pas accès à ce groupe. Merci
Y'a plus qu'à !

[Antoane]

Bonjour,

> Donc si j'ai bien compris le truc, la "cross-conduction" c'est quand les 2 mosfets conduisent un bref instant en même temps et font un CC entre VCC et VSS. Je me souviens que quand le pont est piloté par un µC, on y met un temps mort entre la conduction des 2 mosfets.
Oui.

> C6 et C7 sont calculés en fonction de la fréquence de fonctionnement ? Ici mesurée à 90KHz.
Plus ou moins :
- C6 et C7 réalisent le découplage du Vcc, ce sera donc le principal critère de dimensionnement
- on voudra en général ne pas avoir une ondulation trop importante du point milieu due au courant circulant dans le transformateur
- avoir des C6-C7 trop important pose des problèmes de control, sibien qu'on va parfois ajouter un condensateur coupant la composante continue, mais néanmoins de valeur minimale.

Par ailleurs
- C2 et C1 doivent être >> à la capacité d'entrée des MOSFETs pour ne pas réaliser de pont diviseur de tension capacitif
- La fréquence de coupure 1/(2pi*C1*R12) doit être << la fréquence de découpage

> L'oscillateur du Buck est géréné par le 4047, mais qu'est ce qui alimente le 4047 au début ?

> Quel est le rôle de Q6 ?
Il faudrait avoir plus de donnés au niveau système, mais il pourrait s'agir d'une protection contre les inversions de polarité... Sans certitude.

[MosfetLor1]

D'accord, je commence un peu à comprendre le fonctionnement en cherchant à droite et à gauche sur le net.
Pas mal d'inverters sont réalisés à partir du CD4047.

Je vais tenter de refaire des mesures au scope.

C'est juste un petit conditionneur de signaux analogique, et il est effectivement protégé contre les inversions de polarités mais c'est quand même plus simple d'y mettre une simple diode en entrée non ?

J'essaye de me mettre à LT Spice

[Antoane]

Bonjour,

> Pas mal d'inverters sont réalisés à partir du CD4047.
Ce ne sont a priori pas les meileurs schémas car ils n'intègrent pas de gestion des temps morts, qui empèchent la cross-conduction.

> C'est juste un petit conditionneur de signaux analogique, et il est effectivement protégé contre les inversions de polarités mais c'est quand même plus simple d'y mettre une simple diode en entrée non ?
La diode va faire perdre ~ 700 mV, tandis qu'avec un transistor la chute de tension pourra être très proche de zéro.
Par ailleurs, la diode ne permet au courant de ne circuler que dans un sens tandis que le transistor est bidirectionnel (fonctionnemet autorisé dans un quadrant ou dans deux).

[MosfetLor1]

Bonjour,

Donc beaucoup de risque de claquage...

Bon du coup avec tout ca je vais tenter de réaliser ma propre petite alim isolée. Le but est de créer une alim isolée, qui me sort +-15V sous 50mA max, simple, sans composant spécialisés, introuvable ou difficilement. Quitte à bobiner un petit transfo sur une ferrite du commerce. C'est pour cette raison que je trouvais intéressant d'étudier le fonctionnent de celle-ci.

[Antoane]

Bonjour,

> Le but est de créer une alim isolée, qui me sort +-15V sous 50mA max, simple, sans composant spécialisés, introuvable ou difficilement
mieux vaut partir de zéro... ou quasi-zéro.
Quelles sont les charactéristiques de la source d'alimentation (tension nominale, mi et max) ?
Quels sont les demandes principales : exactitude de la tension de sortie ? tension d'isolement ? etc.

[MosfetLor1]

La source de tension serait située entre 18V et 30V,
La tension en sortie devra être de +15V et -15V +-10% @50mA max. Tension d'isolement 1000V.

[Antoane]

Bonjour,

18-30 V... C'est faisable, mais relativement large.

La solution simple serait un oscillateur carré a 0/Vin V, un ampli de puissance NPN/PNP, un transformateur DIY 1:1:1, un pont redresseur, du filtrage, et une post-régulation linéaire.
Ca a l'avantage d'être régulé mais basé sur une SMPS fonctionnant en bouble ouverte (et donc simple à mettre au point), avec un ampli à pertes relativements élevées, mais simple à mettre en oeuvre (pas besoin de driver, ni de gestion des dead-times).
Il faudra bobiner un transfo... mais on s'y attendait.

[micapivi]

Bonjour

… Le but est de créer une alim isolée, qui me sort +-15V sous 50mA max, simple …

Peut-être avec un JCA0224D03 <=> entrée : 18-36 VDC - Sortie : ±15.0 VDC - Courant : 70 mA

[MosfetLor1]

L'étage de puissance ne peut-il pas être "copié" sur celui décris juste au dessus ? C'est à dire avec la gestion des temps morts par condensateurs ?

Pour le transfo, oui j'avais déjà en tête de le bobiner. Je me suis amusé à bobiner quelques spires de fils sur un tore de ferrite et à l'alimenter avec un GBF à environ 100KHz voir ce que ca donnait. Le tout étant de trouver la bonne fréquence, le bon nombre de tours ect.

[Antoane]

Bonjour,

> L'étage de puissance ne peut-il pas être "copié" sur celui décris juste au dessus ? C'est à dire avec la gestion des temps morts par condensateurs ?
Ma solution est plus simple, mais pourquoi pas... pas sûr que les performancessoit tellement meilleures cependant.
Par ailleurs, ce circuit peut (en particulier lors de la mise sous tension) appliquer des tensions déraisonnables sur les grilles des transistors : lorsque les condensateurs sont échargés, la tension Vgs n'est de +/- Vin/2, mais de 0/Vin (ou 0/-Vin pour le PMOS).

> Pour le transfo, oui j'avais déjà en tête de le bobiner. Je me suis amusé à bobiner quelques spires de fils sur un tore de ferrite et à l'alimenter avec un GBF à environ 100KHz voir ce que ca donnait. Le tout étant de trouver la bonne fréquence, le bon nombre de tours ect.
il serait plus simple de connaitre les charactéristiques du tore et de calculer les enroulements

[Bitrode]

La source de tension serait située entre 18V et 30V,
La tension en sortie devra être de +15V et -15V +-10% @50mA max. Tension d'isolement 1000V.

Bonjour,
pour une si faible puissance il vous faut partir sur un classique Flyback par exemple, vous trouverez des transformateurs chez les VPCistes.
Ou acheter un module déjà tout fait comme l'indique micapivi, vous gagnerez votre temps et votre argent car ça ne s'improvise pas.

[Antoane]

Bonjour,

n'hésite pas si tu as besoin d'aide pour le dimensionnement du transformateur (un élément pas évident à designer), qu'il soit conventionnel ou planar : il y a ici des gens avec beaucoup d'expérience dans le domaine